上世纪八十年代以来,层间反铁磁耦合、巨磁电阻、隧穿磁电阻等物理现象的发现诞生了自旋电子学。该学科的研究和发展大大促进了磁性信息存储技术的进步。然而,传统的自旋电子学器件需要外磁场或是电流去调控铁磁层磁化强度,进而调控电子的自旋取向、注入、传输和检测。这无疑加大了器件小型化的难度并且带有很大的能量损耗,不利于人们日益增加的对高密度、高速读写、低能耗的要求。因此,需要找到更合适的磁化强度调控方式来实现这些需求。从物理机制的角度出发,磁电耦合效应是一个较好的选项。其将在自旋电子学领域、电子信息技术领域发挥越来越关键的作用。在理论方面,如果能够揭示良好性能对应的微观物理机理,将为我们设计和开发更多性能优异的磁电耦合材料体系。并为低能耗、非易失和高密度的信息存储器件提供非常有益的实验和理论基础。在本论文中,我们主要的研究对象为CoFeB/PMN-PT(011)异质结。探讨其在室温下的磁电耦合性能和相应的调控机理。我们在室温磁化状态下的CoFeB/PMN-PT(011)异质结中实现了非易失性的纯电场调控磁化强度,并在退磁化后的样品中实现了纯电场调控磁化方向180°的翻转。在机理上,对其做了原位电场下的X射线磁圆二色表征,得到了原子尺度上的电控磁机理。在应用方面,我们对CoFeB/PMN-PT(011)体系做了电控磁的简单器件模型性能测试,包括电控磁开关、脉冲电压控磁疲劳性能测试等。最后介绍了基于此磁电耦合效应的石墨烯自旋电子器件的相关工作。在第一章中,我们主要介绍了:(1)信息技术的发展、磁学基础知识以及磁性存储在信息技术领域的应用和地位。(2)多铁材料的历史和发展。(3)磁电耦合效应的历史和发展。(4)多铁磁电耦合体系在自旋电子学器件中的应用。(5)X射线磁圆二色技术的简介。(6)本论文的研究内容。第二章中,我们介绍了本论文在研究过程中所用到的实验仪器的工作原理以及具体设备。包括样品制备、结构形貌表征、性能测试表征、物性机理探究和器件微纳加工过程中使用的仪器和实验方法。第三章是关于CoFeB/PMN-PT(011)多铁异质结的磁电耦合研究。在机理上,我们通过对原位电场下PMN-PT(011)极化前后的晶相转变的实验探究以及不同应力模式的模拟,证实了 CoFeB/PMN-PT(011)结构中界面应力调控的磁电耦合机理。同样地,我们也对其退磁化的样品做了磁电耦合性能表征。我们发现在退磁化的CoFeB/PMN-PT(011)多铁性异质结中可以利用纯电场调控实现室温下的非易失性磁化方向的180°翻转。针对这一特殊的磁电耦合现象,我们对退磁化样品进一步做了原位电场下的同步辐射光源X射线磁圆二色表征,在原子尺度上解释了这一磁电耦合过程的微观机理。实验结果表明,该磁电耦合现象是由于Fe原子和Co原子的单轴磁各向异性引起的。在电场的调控下,CoFeB中Fe原子的轨道磁矩更具有各向异性,决定了退磁化CoFeB的磁化方向180°翻转。第四章介绍了基于该磁电耦合体系的纯电场调控的石墨烯自旋电子器件的相关工作。同时也介绍了硕士期间的关于自支撑钇钡铜氧高温超导薄膜的相关工作。第五章做了对全文的总结、创新之处以及对未来工作的展望。